JP7423997B2 - Three-dimensional object manufacturing device, three-dimensional object manufacturing method, and three-dimensional object manufacturing program - Google Patents

Three-dimensional object manufacturing device, three-dimensional object manufacturing method, and three-dimensional object manufacturing program Download PDF

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本発明は、立体造形物製造装置、立体造形物の製造方法、および立体造形物製造用プログラムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional object manufacturing apparatus, a three-dimensional object manufacturing method, and a three-dimensional object manufacturing program.

三次元の立体造形物を造形する技術として、付加製造(AM;Additive Manufacturing)と呼ばれる技術が知られている。この技術は、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して積層することにより立体造形物を造形する技術である。 A technique called additive manufacturing (AM) is known as a technique for modeling three-dimensional three-dimensional objects. This technique calculates the cross-sectional shape of a thin slice in the layering direction, forms each layer according to that shape, and laminates each layer to form a three-dimensional object.

近年、前記付加製造の技術の中でも、硬化性樹脂を積層することにより立体造形物を造形するマテリアルジェッティング(MJ)方式が注目されている。このマテリアルジェッティング方式によると、立体造形物の本体であるモデル部を造形する場合に前記モデル部を支持するサポート部を造形することにより、原理的に造形が困難な形状(例えば、オーバーハング部を有する形状等)を造形することができる。
これまでのマテリアルジェッティング方式としては、例えば、一部のレイヤーにおいて造形材料の吐出を間引くことにより、間引いた層よりも上の層において平坦化手段の当接を回避し、結果として平坦化手段の当接に起因する造形面の荒れを防止する三次元造形方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, among the additive manufacturing techniques described above, the material jetting (MJ) method, which forms a three-dimensional object by laminating curable resins, has attracted attention. According to this material jetting method, when printing a model part that is the main body of a three-dimensional object, by printing a support part that supports the model part, shapes that are difficult to model in principle (for example, overhang parts) shape, etc.) can be modeled.
In conventional material jetting methods, for example, by thinning out the ejection of modeling material in some layers, the layer above the thinned out layer avoids contact with the flattening means, and as a result, the flattening means A three-dimensional modeling method has been proposed that prevents roughness of the modeling surface due to contact between the objects (for example, see Patent Document 1).

本発明は、造形材料を層状に付与し、それを積層して立体造形物を造形する方式、好ましくはマテリアルジェッティング方式による造形方法において、硬化後の造形材料からなる造形層に平坦化手段が衝突することによる衝突音の発生、平坦化手段の故障、および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる立体造形物製造装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a method of applying a modeling material in layers and laminating them to create a three-dimensional object, preferably a material jetting method, in which a flattening means is applied to the modeling layer made of the material after hardening. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional object manufacturing device that can prevent the occurrence of collision sounds due to collisions, failure of flattening means, and damage to the object, and that can produce three-dimensional objects with excellent dimensional accuracy in the height direction. shall be.

前記課題を達成するための手段としての本発明の立体造形物製造装置は、造形材料を吐出する吐出手段と、吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化手段と、平坦化された前記造形材料を硬化する硬化手段と、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する制御を行う制御手段と、を有する。 The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention as a means for achieving the above object includes a discharge means for discharging a modeling material, a flattening means for flattening the surface of the discharged modeling material, and a flattened object. A curing means for curing the modeling material and a control for adjusting the height in a region where a height increase region where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height is expected to occur. and control means for performing the control.

本発明によると、造形材料を層状に付与し、それを積層して立体造形物を造形する方式、好ましくはマテリアルジェッティング方式による造形方法において、硬化後の造形材料からなる造形層に平坦化手段が衝突することによる衝突音の発生、平坦化手段の故障、および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる立体造形物製造装置を提供することができる。 According to the present invention, in a method of applying a modeling material in layers and laminating them to create a three-dimensional object, preferably a material jetting method, a flattening means is applied to the modeling layer made of the modeling material after hardening. To provide a three-dimensional object manufacturing device that can prevent the occurrence of collision noises caused by collisions of objects, failure of flattening means, and damage to objects, and that can obtain three-dimensional objects with excellent dimensional accuracy in the height direction. can.

図1は、本発明の立体造形物製造装置の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention. 図2は、立体造形物製造装置の制御手段の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus. 図3は、比較例1の立体造形物の製造方法に用いる立体造形物製造装置の一例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a three-dimensional object manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a three-dimensional object of Comparative Example 1. 図4は、比較例1の平坦化後の造形材料を示し、図4(A)は平坦化直後の状態の造形材料、図4(B)は平坦化後硬化前に高さ増加領域が生じた状態の造形材料を示す模式図である。FIG. 4 shows the building material after flattening of Comparative Example 1, FIG. 4(A) shows the building material in the state immediately after flattening, and FIG. 4(B) shows the height increased area after flattening and before curing. FIG. 図5は、比較例1の平坦化後の造形材料におけるX方向厚みと高さ増分との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness in the X direction and the height increment in the flattened modeling material of Comparative Example 1. 図6は、比較例1の立体造形物製造装置の制御手段における立体造形物製造用プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the three-dimensional object manufacturing program in the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus of Comparative Example 1. 図7は、実施例1及び2の平坦化後の造形材料を示し、図7(A)は平坦化直後の状態の造形材料、図7(B)は平坦化後硬化前に高さ増加領域が生じない状態の造形材料を示す模式図である。7 shows the building materials of Examples 1 and 2 after planarization, FIG. 7(A) shows the building material immediately after planarization, and FIG. 7(B) shows the height increased area after planarization and before curing. FIG. 2 is a schematic diagram showing a modeling material in a state where no . 図8は、実施例1及び2の平坦化後の造形材料におけるX方向厚みと高さ増分との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the thickness in the X direction and the height increment in the flattened modeling materials of Examples 1 and 2. 図9は、実施例1の立体造形物製造装置の制御手段における立体造形物製造用プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the three-dimensional object manufacturing program in the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus of the first embodiment. 図10は、実施例2の立体造形物製造装置の制御手段における立体造形物製造用プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the three-dimensional object manufacturing program in the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the second embodiment.

(立体造形物製造装置および立体造形物の製造方法)
本発明の立体造形物製造装置は、造形材料を吐出する吐出手段と、吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化手段と、平坦化された前記造形材料を硬化する硬化手段と、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する制御を行う制御手段と、を有し、さらに必要に応じてその他の手段を有する。
本発明において「高さ増加領域」とは、平坦化手段で平坦化した場合に、平坦化平面よりもZ軸方向に意図しない増分が生じる領域を意味する。この増分は、例えば表面張力などによって生じると考えられる。かかる増分は一般的に、造形材料が吐出される造形領域の幅(主走査方向の幅及び/又は副走査領域の幅)が大きければ無視できるほど小さくなるが、前記幅が小さくなるにつれ、無視できないほど大きくなってしまう。本発明の高さ増加領域は、特に前記意図しない増分が無視できないほど大きくなる領域をいう。
(Three-dimensional object manufacturing device and method for manufacturing a three-dimensional object)
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention includes a discharging means for discharging a modeling material, a flattening means for flattening the surface of the discharged modeling material, and a curing means for hardening the flattened modeling material. a control means that performs control to adjust the height for a region where a height increase region where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height is predicted to occur; Have other means as necessary.
In the present invention, the term "height increasing region" refers to a region in which an unintended increase occurs in the Z-axis direction relative to the flattening plane when flattened by the flattening means. This increment is believed to be caused by, for example, surface tension. Generally, such an increment becomes negligibly small as the width of the printing area (width in the main scanning direction and/or width of the sub-scanning area) from which the printing material is ejected is large; It becomes so big that it cannot be done. The height increasing region of the present invention particularly refers to a region where the unintended increase becomes so large that it cannot be ignored.

本発明の立体造形物の製造方法は、造形材料を吐出する吐出工程と、吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化された前記造形材料を硬化する硬化工程と、を含み、ここで前記吐出工程及び/又は平坦化工程において、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する高さ調整制御を行う方法であり、さらに必要に応じてその他の工程を含んでよい。 The method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention includes a discharging step of discharging a modeling material, a flattening step of flattening the surface of the discharged modeling material, and a curing step of hardening the flattened modeling material. , where in the discharge step and/or the flattening step, for a region where a height increase region where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height is expected to occur, This is a method of performing height adjustment control to adjust the height, and may further include other steps as necessary.

本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物製造装置により好適に実施することができ、吐出工程は吐出手段により行うことができ、平坦化工程は平坦化手段により行うことができ、硬化工程は硬化手段により行うことができ、高さ調整制御は制御手段により行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。 The method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention can be suitably carried out by the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention, the discharging step can be performed by a discharging means, and the flattening step can be performed by a flattening means. The curing step can be performed by a curing means, the height adjustment control can be performed by a control means, and the other steps can be performed by other means.

従来技術では、特定レイヤーでの造形材料の吐出を行わないことで、平坦化手段の当接に起因する造形面の荒れを防止するが、線幅によって衝突量が異なるので、レイヤーごとの調整では線幅に起因する平坦化ローラの高さ調整を図ることができず、平坦化ローラが造形物表面へ衝突することによる表面粗さの悪化や、表面精度の悪化が生じたり、平坦化ローラが破損してしまうという問題がある。 In conventional technology, the modeling material is not ejected in a specific layer to prevent the modeling surface from becoming rough due to contact with the flattening means, but since the amount of collision varies depending on the line width, adjustment for each layer is difficult. It is not possible to adjust the height of the flattening roller due to the line width, and the flattening roller collides with the surface of the object, resulting in worsening of surface roughness and surface precision. There is a problem with it being damaged.

本発明においては、液体である造形材料の表面張力などによって意図しない平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じたとしても、硬化後の前記造形材料からなる造形層と平坦化手段との衝突を回避する制御を行うことによって、硬化後の造形材料からなる造形層に平坦化手段が衝突することによる衝突音の発生、平坦化手段の故障、および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる。
ここで、「狙いの高さ」とは、「狙いの厚み」、「目標高さ」、「目標厚み」と称することもあり、造形データによって予め設計された高さ(厚み)を意味する。
高さ増分及び高さ増加領域が生じ得る前記所定の幅は、所定の組成の造形材料の有する表面張力から計算で求めてもよいし、実際に造形材料を吐出し平坦化ローラを用いて平坦化してみて高さ増分を計測することによって算出してもよい。
In the present invention, even if a height increase area occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than the intended height due to the surface tension of the liquid modeling material, the height of the building material after hardening can be increased. By performing control to avoid collision between the flattening means and the modeling layer made of the hardened modeling material, the collision noise caused by the flattening means colliding with the modeling layer made of the hardened modeling material, the failure of the flattening means, and the modeling It is possible to prevent damage to objects and obtain three-dimensional objects with excellent dimensional accuracy in the height direction.
Here, the "target height" may also be referred to as "target thickness,""targetheight," or "target thickness," and means a height (thickness) designed in advance based on modeling data.
The predetermined width in which the height increment and the height increase area can occur may be calculated from the surface tension of the modeling material of a predetermined composition, or the modeling material may be actually discharged and flattened using a flattening roller. It may also be calculated by measuring the height increment.

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域は、液体である造形材料の表面張力によって生じることを知見した。即ち、図4(A)は平坦化直後の造形材料(モデル材)、図4(B)は平坦化後硬化前に高さ増加領域が生じた状態のモデル材を示す模式図である。図5は、平坦化後の造形材(モデル材)におけるX方向幅tと高さ増分Δhとの関係を示すグラフである。図5に示すように、平坦化後の造形材料のX方向の厚みtが0.8mmにピークを持ち、0.5mm~1.2mmの範囲で0.5%以上2.2%以下の高さ増分Δhを有することがわかった。
ここで、hは平坦化後のモデル材の1層の高さ(厚み)を表し、モデル材の液滴の粒径は50μmであり、このモデル材の液滴が着弾して広がった層の高さ(厚み)である。Δhは平坦化後のモデル材の高さ増分であり、平坦化後のモデル材の1層の厚みを100%としたときの割合である。
As a result of extensive studies, the present inventors found that the height increase region where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height is caused by the surface tension of the liquid modeling material. That is, FIG. 4(A) is a schematic diagram showing the modeling material (model material) immediately after flattening, and FIG. 4(B) is a schematic diagram showing the model material in a state where an increased height region has been generated after flattening and before hardening. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the width t in the X direction and the height increment Δh in the shaped material (model material) after flattening. As shown in Fig. 5, the thickness t in the X direction of the modeling material after flattening has a peak at 0.8 mm, and has a high thickness of 0.5% to 2.2% in the range of 0.5 mm to 1.2 mm. It was found that the distance increment is Δh.
Here, h represents the height (thickness) of one layer of the model material after flattening, the particle size of the model material droplet is 50 μm, and the layer that spreads when the model material droplet lands. It is the height (thickness). Δh is the height increment of the model material after flattening, and is a ratio when the thickness of one layer of the model material after flattening is taken as 100%.

さらに本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、X方向の幅が所定の幅よりも小さい平坦化後の造形材料において、狙いの高さよりも無視できないほど高くなる高さ増加領域が生じることを知見した。例えば、X方向(ローラ稼働方向)の厚みが3mm以下の薄い平坦化後の造形材料の場合には、液体である造形材料が表面張力の影響を受けやすく、狙いの高さに対して数%高くなり盛り上がりやすい性質を持つ。平坦化後の造形材料の両端部のエッジ同士が近接すると、両端部のエッジ同士が合算され、高い盛り上がりが発生する。さらにX方向(平坦化ローラ稼働方向)に平坦化ローラで均していく最後の部分で造形材料が巻き上げられることによって、特に出口側の端部で高い盛り上がりが生じる。前記所定の幅は、造形材料の種類、粘度などによって異なり得るが、例えば3mm以下などであってよく、当業者であれば計算又は実験によって適宜算出することが可能である。 Furthermore, as a result of extensive studies, the inventors have discovered that in the flattened modeling material whose width in the I found out. For example, in the case of a thin flattened building material with a thickness of 3 mm or less in the X direction (roller operating direction), the liquid building material is easily affected by surface tension, which makes it several percent smaller than the target height. It has the property of becoming high and easily rising. When the edges at both ends of the flattened modeling material approach each other, the edges at both ends are added together, and a high bulge occurs. Furthermore, the modeling material is rolled up at the final portion of the flattening roller leveled in the X direction (the flattening roller operating direction), resulting in a high bulge, particularly at the end on the exit side. The predetermined width may vary depending on the type, viscosity, etc. of the modeling material, but may be, for example, 3 mm or less, and can be calculated as appropriate by those skilled in the art by calculation or experiment.

本発明においては、平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることによって起こる、硬化後の前記造形材料からなる造形層と前記平坦化手段との衝突を回避する制御を行う。この高さ調整の具体的な方法としては、(1)高さ増加領域に吐出する造形材料の吐出量を削減する方法、(2)高さ増加領域を平坦化する平坦化手段による造形材料の掻取り量を増加する方法、によって行うことができる。 In the present invention, the collision between the modeling layer made of the modeling material after hardening and the flattening means, which is caused by the generation of a height increasing region where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height, is prevented. Take control to avoid it. Specific methods for this height adjustment include (1) a method of reducing the amount of modeling material discharged into the height-increasing region, and (2) a method of reducing the amount of modeling material discharged into the height-increasing region by flattening the height-increasing region. This can be done by increasing the amount of scraping.

本発明において「造形材料」は、造形物の製造において吐出手段から吐出される材料を意味し、典型的には立体造形物そのものを形成するためのモデル材、オーバーハング部やディテール部などを造形する際に用いられるサポート材などが挙げられる。本発明においては、モデル材により形成された造形層を特に「モデル層」、サポート材により形成された造形層を特に「サポート層」という場合がある。 In the present invention, "modeling material" refers to a material discharged from a dispensing means in the production of a modeled object, and is typically a model material for forming a three-dimensional object itself, an overhang part, a detail part, etc. Examples include support materials used when In the present invention, a model layer formed of a model material may be particularly referred to as a "model layer", and a model layer formed of a support material may be particularly referred to as a "support layer".

本発明の一態様において、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域に吐出する前記造形材料の吐出量を削減する。高さ増加領域に吐出する造形材料の吐出量を削減する制御を行うことにより、高さ増加領域への造形材料の吐出量が少なくなるので、造形材料の表面張力によって高さ方向の増分が生じることを防止できる。
ここで、造形材料の吐出量を削減する制御としては、(1)1回の吐出液滴の量を削減する(例えば造形材料1滴の粒径を大径から中径に変えて吐出量を削減する)方法、(2)造形材料の吐出を行わない領域を設けて(吐出を間引く、間引き量の調整)、吐出領域全体の吐出量を削減する方法などが挙げられる。
In one aspect of the present invention, if an increased height region occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height, the amount of the modeling material discharged to the increased height region is reduced. do. By performing control to reduce the amount of printing material discharged into the height-increasing area, the amount of printing material discharged into the height-increasing area is reduced, so an increment in the height direction occurs due to the surface tension of the building material. This can be prevented.
Here, as a control to reduce the amount of discharged modeling material, (1) reduce the amount of droplets discharged at one time (for example, change the particle size of one droplet of modeling material from a large diameter to a medium diameter to reduce the amount of discharged droplets) (2) a method of reducing the ejection amount of the entire ejection area by providing an area where the modeling material is not ejected (thinning the ejection, adjusting the amount of thinning), and the like.

本発明の一態様において、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域を平坦化する平坦化手段による前記造形材料の掻取り量を増加する。前記高さ増加領域を平坦化する平坦化手段による造形材料の掻取り量を増加する制御を行うことにより、高さ増加領域の造形材料が多めに除去されるので、造形材料の表面張力によって高さ方向の増分が生じることを防止できる。 In one aspect of the present invention, if a height increasing region occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height, the modeling material is processed by a flattening means that flattens the height increasing region. Increase the amount of scraping. By controlling the scraping amount of the building material by the flattening means for flattening the height increasing area, a larger amount of the building material in the height increasing area is removed, so that the surface tension of the building material increases the height. Increments in the horizontal direction can be prevented from occurring.

かかる態様において造形材料の掻き取り量を増加する手法としては、例えば平坦化手段が平坦化ローラである場合に、前記平坦化ローラの回転数を増加することなどが挙げられる。平坦化手段である平坦化ローラの回転数を増加することにより、平坦化ローラによる造形材料のかき取り量を増加させることができ、表面張力の高さへの影響を低減できる。また同様に、高さ増加領域が生じ得る領域の平坦化にのみ用いる平坦化ローラを備え、該平坦化ローラの表面粗さを粗くすることによって、該平坦化ローラによる造形材料の掻き取り量を通常のローラよりも増加させることができ、これにより高さ増分を低減できる。 In such an aspect, a method for increasing the amount of scraped modeling material includes, for example, when the flattening means is a flattening roller, increasing the rotation speed of the flattening roller. By increasing the rotational speed of the flattening roller, which is the flattening means, the amount of the modeling material scraped off by the flattening roller can be increased, and the influence on the level of surface tension can be reduced. Similarly, a flattening roller is provided which is used only for flattening areas where a height increase area may occur, and by increasing the surface roughness of the flattening roller, the amount of modeling material scraped by the flattening roller can be reduced. It can be increased more than a normal roller, thereby reducing the height increment.

本発明の一態様において、高さ増加領域が、平坦化後の前記造形材料の主走査方向の両端部である。造形材料の表面張力によって、立体造形物の主走査方向(X方向)の端部(エッジ)は盛り上がりやすい性質を持つ。 In one aspect of the present invention, the height increased regions are both ends of the flattened modeling material in the main scanning direction. Due to the surface tension of the modeling material, the ends (edges) of the three-dimensional model in the main scanning direction (X direction) tend to bulge.

本発明の一態様において、主走査方向の幅が所定の幅、例えば3mm以下である造形領域を有する造形層の造形に用いられる。主走査方向の幅が所定の幅、例えば3mm以下である主走査方向(X方向)に薄い平坦化後の造形領域では、液体である造形材料の表面張力の影響を受け盛り上がりやすい性質をもつ両端部のエッジ同士が近接し、両端部のエッジの盛り上がり同士が合算され、さらに高い盛り上がりが生じるため、高さ増加領域が生じやすいので、本発明の製造方法はこのような薄い造形領域を有する造形層の造形に好適に用いられる。 In one embodiment of the present invention, it is used for modeling a modeling layer having a modeling region whose width in the main scanning direction is a predetermined width, for example, 3 mm or less. In a thin flattened printing area in the main scanning direction (X direction) where the width in the main scanning direction is less than a predetermined width, for example, 3 mm, both ends tend to bulge due to the influence of the surface tension of the liquid printing material. The edges of the parts are close to each other, and the bulges of the edges of both ends are added together, resulting in an even higher bulge, which tends to cause an area of increased height. It is suitably used for layer modeling.

本発明の一態様において、吐出手段が主走査方向に往復動し、制御手段が、前記吐出手段の往動時および復動時のそれぞれにおいて前記制御を行う。前記制御を、吐出手段の往動時および復動時の少なくともいずれかで行うことで、生産効率が向上する。 In one aspect of the present invention, the ejection means reciprocates in the main scanning direction, and the control means performs the control each time the ejection means moves forward and backward. Production efficiency is improved by performing the control at least when the discharge means moves forward or backward.

<吐出工程および吐出手段>
吐出工程は、造形材料を吐出する工程であり、吐出手段により実施される。
吐出手段としては、造形材料を吐出することができるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、吐出ヘッドなどが挙げられる。
吐出ヘッドとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子(ピエゾ素子)型ヘッド、熱膨張(サーマル)型ヘッドなどが挙げられる。これらの中でも、圧電素子(ピエゾ素子)型ヘッドが好ましい。
<Discharge process and discharge means>
The discharge process is a process of discharging the modeling material, and is performed by a discharge means.
The ejection means is not particularly limited as long as it is capable of ejecting the modeling material, and can be appropriately selected depending on the purpose, such as an ejection head.
The ejection head is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, such as a piezoelectric element head, a thermal expansion head, and the like. Among these, piezoelectric element (piezo element) type heads are preferred.

<<造形材料>>
造形材料としては、特に制限はなく、立体造形物(モデル部)を造形する本体を構成する上で求められる性能に基づいて、適宜選択することができ、例えば、モデル材などが挙げられる。なお、立体造形物を造形する際に、必要に応じて形状支持用にサポート部を使用する場合には、前記サポート部を造形するためのサポート材も造形材料に含まれる。
モデル材は、モデル部を構成する部分を造形する材料である。
本発明において、モデル部とは、立体造形物を造形する本体を構成する部を意味し、モデル層の積層により造形される。
<<Building materials>>
The modeling material is not particularly limited and can be appropriately selected based on the performance required for constructing the main body for modeling the three-dimensional object (model part), and examples thereof include model materials. In addition, when a support part is used for shape support as needed when modeling a three-dimensional object, a support material for modeling the said support part is also included in the modeling material.
The model material is a material for modeling the parts that constitute the model section.
In the present invention, the model section refers to a section that constitutes a main body for modeling a three-dimensional object, and is formed by laminating model layers.

本発明において、サポート部とは、モデル部が固化するまで、立体造形物を所定の位置に保持する部分を意味し、サポート層の積層により造形される。サポート部は、例えば、モデル部の重力方向に対し支持する部分に配置され、モデル部と接し、モデル部を下方向から支持する部を意味する。立体造形物の製造においては、通常サポート部はモデル部から最終的に剥離され、モデル部のみで立体造形物となる。
好ましい一態様において、サポート材は、モデル材とは異なる材質(組成、濃度等)であり、サポート材の硬化物は、より好ましくは、水溶性、潮解性、崩壊性などモデル部から剥離しやすい性質を有している。
In the present invention, the support section refers to a section that holds the three-dimensional object in a predetermined position until the model section is solidified, and is modeled by laminating support layers. The support part means, for example, a part that is disposed at a part that supports the model part in the direction of gravity, contacts the model part, and supports the model part from below. In the production of a three-dimensional object, the support section is usually finally peeled off from the model section, and the three-dimensional object consists of only the model section.
In a preferred embodiment, the support material is of a material (composition, concentration, etc.) different from that of the model material, and the cured material of the support material is more preferably water-soluble, deliquescent, collapsible, etc., so that it easily peels off from the model part. It has properties.

造形材料としては、光や熱等のエネルギーを付与することにより硬化する液体材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、重合性モノマー、および重合性オリゴマーを含み、さらに必要に応じてその他の成分を含む。これらの中でも、造形材料ジェット用プリンター等に用いられる造形材料吐出ヘッドで吐出できる粘度や表面張力等の液物性を有する材料が好ましい。 The modeling material is not particularly limited as long as it is a liquid material that hardens by applying energy such as light or heat, and can be selected as appropriate depending on the purpose, but materials including polymerizable monomers and polymerizable oligomers , further containing other ingredients as necessary. Among these, materials having liquid physical properties such as viscosity and surface tension that can be discharged by a modeling material discharging head used in a modeling material jet printer or the like are preferred.

-重合性モノマー-
重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
-Polymerizable monomer-
Examples of the polymerizable monomer include monofunctional monomers and polyfunctional monomers. These may be used alone or in combination of two or more.

--単官能モノマー--
単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、N-置換アクリルアミド誘導体、N,N-ジ置換アクリルアミド誘導体、N-置換メタクリルアミド誘導体、N,N-ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル(メタ)アクリレートが好ましい。
--Monofunctional monomer--
Examples of monofunctional monomers include acrylamide, N-substituted acrylamide derivatives, N,N-disubstituted acrylamide derivatives, N-substituted methacrylamide derivatives, N,N-disubstituted methacrylamide derivatives, and acrylic acid. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylamide, N,N-dimethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, acryloylmorpholine, hydroxyethylacrylamide, and isobornyl (meth)acrylate are preferred.

単官能モノマーの含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、0.5質量%以上90質量%以下が好ましい。 The content of the monofunctional monomer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 0.5% by mass or more and 90% by mass or less based on the total amount of the modeling material.

上記以外の単官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、2-フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Monofunctional monomers other than those mentioned above are not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose. For example, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) ) acrylate, caprolactone-modified tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, 3-methoxybutyl (meth)acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, lauryl (meth)acrylate, 2-phenoxyethyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate , isooctyl (meth)acrylate, tridecyl (meth)acrylate, caprolactone (meth)acrylate, ethoxylated nonylphenol (meth)acrylate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

--多官能モノマー--
多官能モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
--Polyfunctional monomer--
The polyfunctional monomer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and includes, for example, bifunctional monomers, trifunctional or higher functional monomers, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート、1,3-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール200ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール400ジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of difunctional monomers include tripropylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, polypropylene glycol di(meth)acrylate, and neopentyl glycol hydroxypivalate di(meth)acrylate. (meth)acrylate, hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester di(meth)acrylate, 1,3-butanediol di(meth)acrylate, 1,4-butanediol di(meth)acrylate, 1,6-hexanediol di( meth)acrylate, 1,9-nonanediol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, tripropylene glycol di(meth)acrylate, caprolactone-modified hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester Examples include di(meth)acrylate, propoxylated opentyl glycol di(meth)acrylate, ethoxy-modified bisphenol A di(meth)acrylate, polyethylene glycol 200 di(meth)acrylate, polyethylene glycol 400 di(meth)acrylate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε-カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート,プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート,プロポキシ化グリセリルトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタ(メタ)アクリレートエステルなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of trifunctional or higher-functional monomers include trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, triallylisocyanurate, and ε-caprolactone-modified dipentaerythritol tri(meth)acrylate. meth)acrylate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol tetra(meth)acrylate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol penta(meth)acrylate, ε-caprolactone modified dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, tris(2-hydroxyethyl) Isocyanurate tri(meth)acrylate, ethoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate, propoxylated trimethylolpropane tri(meth)acrylate, propoxylated glyceryl tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, ditrimethylolpropane Examples include tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol hydroxypenta(meth)acrylate, ethoxylated pentaerythritol tetra(meth)acrylate, and penta(meth)acrylate ester. These may be used alone or in combination of two or more.

-重合性オリゴマー-
重合性オリゴマーとしては、上記単官能モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有するものを1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
-Polymerizable oligomer-
As the polymerizable oligomer, a low polymer of the above-mentioned monofunctional monomer or one having a reactive unsaturated bond group at the terminal may be used alone, or two or more types may be used in combination.

-その他の成分-
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、重合禁止剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
-Other ingredients-
Other components are not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose, such as surfactants, polymerization inhibitors, polymerization initiators, colorants, viscosity modifiers, adhesion agents, antioxidants, etc. agents, anti-aging agents, crosslinking accelerators, ultraviolet absorbers, plasticizers, preservatives, dispersants and the like.

--界面活性剤--
界面活性剤としては、例えば、分子量200以上かつ5,000以下、具体的には、PEG型非イオン界面活性剤[ノニルフェノールのエチレンオキサイド(以下、「EO」と略記)1~40モル付加物、ステアリン酸EO 1~40モル付加物等]、多価アルコール型非イオン界面活性剤(例えば、ソルビタンパルミチン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸トリエステル等)、フッ素含有界面活性剤(例えば、パーフルオロアルキルEO 1~50モル付加物、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタイン等)、変性シリコーンオイル[例えば、ポリエーテル変性シリコーンオイル、(メタ)アクリレート変性シリコーンオイル等]などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、3質量%以下が好ましく、0.1質量%以上5質量%以下がより好ましい。
--Surfactant--
Examples of surfactants include molecular weights of 200 or more and 5,000 or less, specifically, PEG type nonionic surfactants [ethylene oxide (hereinafter abbreviated as "EO") 1 to 40 mole adduct of nonylphenol; Stearic acid EO 1-40 mole adduct, etc.], polyhydric alcohol type nonionic surfactants (e.g., sorbitan palmitate monoester, sorbitan stearate monoester, sorbitan stearate triester, etc.), fluorine-containing surfactants ( For example, perfluoroalkyl EO 1 to 50 mole adduct, perfluoroalkyl carboxylate, perfluoroalkyl betaine, etc.), modified silicone oil [for example, polyether modified silicone oil, (meth)acrylate modified silicone oil, etc.] Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
The content of the surfactant is not particularly limited and can be selected appropriately depending on the purpose, but it is preferably 3% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 5% by mass or less based on the total amount of the modeling material. is more preferable.

--重合禁止剤--
重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物[ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、2,2-メチレン-ビス-(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、1,1,3-トリス-(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタン等]、硫黄化合物[ジラウリルチオジプロピオネート等]、リン化合物[トリフェニルフォスファイト等]、アミン化合物[フェノチアジン等]などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
重合禁止剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、5質量%以下が好ましく、0.1質量%以上5質量%以下がより好ましい。
--Polymerization inhibitor--
Examples of polymerization inhibitors include phenolic compounds [hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 2,2-methylene-bis-(4-methyl-6-t-butylphenol)] , 1,1,3-tris-(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)butane, etc.], sulfur compounds [dilaurylthiodipropionate, etc.], phosphorus compounds [triphenylphosphite, etc.] , amine compounds [phenothiazine, etc.], and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
The content of the polymerization inhibitor is not particularly limited and can be selected appropriately depending on the purpose, but it is preferably 5% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 5% by mass or less based on the total amount of the modeling material. is more preferable.

--重合開始剤--
重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、光(特に波長220nm~400nmの紫外線)の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p’-ジクロロベンゾフェノン、p,p-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-オン、1-(4-イソプロピルフェニル)2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、メチルベンゾイルフォーメート、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ-tert-ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
--Polymerization initiator--
Examples of the polymerization initiator include thermal polymerization initiators, photopolymerization initiators, and the like. Among these, photopolymerization initiators are preferred from the viewpoint of storage stability.
As the photopolymerization initiator, any substance that generates radicals upon irradiation with light (particularly ultraviolet light with a wavelength of 220 nm to 400 nm) can be used.
Examples of the photopolymerization initiator include acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylaminoacetophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, p,p'-dichlorobenzophenone, p,p-bisdiethylaminobenzophenone, Michler's ketone, Benzyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin-n-propyl ether, benzoin isobutyl ether, benzoin-n-butyl ether, benzyl methyl ketal, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-hydroxy-2- Methyl-1-phenyl-1-one, 1-(4-isopropylphenyl)2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, methylbenzoylformate, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, azobisisobutyronitrile, Examples include benzoyl peroxide and di-tert-butyl peroxide. These may be used alone or in combination of two or more.

熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス(酸化還元)開始剤などが挙げられる。 The thermal polymerization initiator is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, such as an azo initiator, a peroxide initiator, a persulfate initiator, a redox (redox) initiator, etc. can be mentioned.

アゾ系開始剤としては、例えば、VA-044、VA-46B、V-50、VA-057、VA-061、VA-067、VA-086、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)(VAZO 33)、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩(VAZO 50)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(VAZO 52)、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(VAZO 64)、2,2’-アゾビス-2-メチルブチロニトリル(VAZO 67)、1,1-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)(VAZO 88)(以上、DuPont Chemical社製)、2,2’-アゾビス(2-シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(メチルイソブチレ-ト)(V-601)(以上、和光純薬工業株式会社製)などが挙げられる。 Examples of the azo initiator include VA-044, VA-46B, V-50, VA-057, VA-061, VA-067, VA-086, 2,2'-azobis(4-methoxy-2, 4-dimethylvaleronitrile) (VAZO 33), 2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride (VAZO 50), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (VAZO 52) , 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (VAZO 64), 2,2'-azobis-2-methylbutyronitrile (VAZO 67), 1,1-azobis(1-cyclohexanecarbonitrile) (VAZO 88) (manufactured by DuPont Chemical), 2,2'-azobis(2-cyclopropylpropionitrile), 2,2'-azobis(methylisobutyrate) (V-601) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Co., Ltd.).

過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(商品名:Perkadox 16S、Akzo Nobel社製)、ジ(2-エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート(商品名:Lupersol 11、Elf Atochem社製)、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名:Trigonox 21-C50、Akzo Nobel社製)、過酸化ジクミルなどが挙げられる。 Examples of peroxide initiators include benzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauroyl peroxide, decanoyl peroxide, dicetyl peroxydicarbonate, and di(4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate (trade name: Perkadox 16S, manufactured by Akzo Nobel), di(2-ethylhexyl) peroxydicarbonate, t-butylperoxypivalate (product name: Lupersol 11, manufactured by Elf Atochem), t-butylperoxy-2-ethylhexane Examples include Noate (trade name: Trigonox 21-C50, manufactured by Akzo Nobel), dicumyl peroxide, and the like.

過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。 Examples of persulfate initiators include potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, and the like.

レドックス(酸化還元)開始剤としては、例えば、過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウムおよび亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組合せ、有機過酸化物と第3級アミンとに基づく系(例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンとに基づく系)、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属とに基づく系(例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートとに基づく系)などが挙げられる。 Redox initiators include, for example, combinations of persulfate initiators and reducing agents such as sodium metabisulfite and sodium bisulfite, systems based on organic peroxides and tertiary amines (e.g. , a system based on benzoyl peroxide and dimethylaniline), a system based on an organic hydroperoxide and a transition metal (for example, a system based on cumene hydroperoxide and cobalt naphthate), and the like.

重合開始剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、造形材料の全量に対して、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。 The content of the polymerization initiator is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, based on the total amount of the modeling material.

--着色剤--
着色剤としては、造形材料中に溶解または安定に分散し、さらに熱安定性に優れた染料および顔料が好適である。これらの中でも、溶解性染料(Solvent Dye)が好ましい。また色の調整等で2種以上の着色剤を適時混合することが可能である。
--Coloring agent--
As the colorant, dyes and pigments that are dissolved or stably dispersed in the modeling material and have excellent thermal stability are suitable. Among these, soluble dyes are preferred. Moreover, it is possible to mix two or more types of colorants as appropriate for color adjustment and the like.

<硬化工程および硬化手段>
硬化工程は、前記吐出工程において吐出された前記造形材料を硬化させるための活性エネルギー線を照射する工程であり、硬化手段により実施される。
活性エネルギー線としては、例えば、紫外線、電子線、α線、β線、γ線、X線などが挙げられる。これらの中でも、紫外線が好ましい。
硬化手段としては、吐出された造形材料を硬化することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、紫外線照射装置などが挙げられる。
<Curing process and curing means>
The curing step is a step of irradiating active energy rays for curing the modeling material discharged in the discharging step, and is carried out by a curing means.
Examples of active energy rays include ultraviolet rays, electron beams, α rays, β rays, γ rays, and X rays. Among these, ultraviolet light is preferred.
The curing means is not particularly limited as long as it can harden the discharged modeling material, and can be appropriately selected depending on the purpose, such as an ultraviolet irradiation device.

紫外線照射装置としては、例えば、発光ダイオード(LED)、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。これらの中でも、LEDが照射強度を変更可能である点で特に好ましい。
高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたDeepUVタイプは、短波長領域の照射が可能である。
メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Pb、Sn、Fe等の金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Fusion System社製のHランプ、Dランプ、またはVランプ等のような市販されているものも使用することができる。
Examples of the ultraviolet irradiation device include a light-emitting diode (LED), a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, and a metal halide. Among these, LEDs are particularly preferable because the irradiation intensity can be changed.
A high-pressure mercury lamp is a point light source, but the Deep UV type, which increases light utilization efficiency in combination with an optical system, can irradiate in a short wavelength region.
Metal halides are effective for colored materials because of their wide wavelength range, and halides of metals such as Pb, Sn, and Fe are used and can be selected according to the absorption spectrum of the polymerization initiator. The lamp used for curing is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose. For example, commercially available lamps such as H lamp, D lamp, or V lamp manufactured by Fusion System may also be used. can be used.

<高さ調整制御および制御手段>
本発明において「制御手段」は、吐出手段及び硬化手段、並びに他の手段(例えば、平坦化手段など)の動作を制御するための手段を意味する。制御手段の機能ブロック図を図2に示し、制御手段の詳細については、特定態様の例に基づいて後述する。制御手段にはROMやRAMなどの記憶手段及びCPU、FPGAなどの計算手段を含んでよい。記憶手段には、吐出手段や硬化手段等の各手段に特定の動作を行わせるためのプログラムが記憶されていてよく、かかるプログラムに基づいて各手段の動作を制御する。
本発明において、制御手段により吐出手段や硬化手段などの各手段を動作させる際に、前記各手段が所定の方向に運動する場合、かかる運動は、造形台(又は立体造形物)に対する相対的な移動を意味する。したがって、例えば「吐出手段が主走査方向に運動する」という場合、吐出手段自体が主走査方向に移動してもよいし、造形台(又は立体造形物)が主走査方向に移動することにより、吐出手段が相対的に主走査方向に運動するように制御してもよい。
高さ調整制御は、前記吐出工程及び/又は前記平坦化工程において、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する制御であり、制御手段が各手段の動作を制御することにより実施される。
制御手段の働きによって、前記造形材料の高さ方向の増分を削減することができるので、硬化後の造形材料に対して平坦化手段が衝突することによる平坦化手段の故障および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる。
<Height adjustment control and control means>
In the present invention, "control means" means means for controlling the operation of the ejection means, the curing means, and other means (for example, the flattening means, etc.). A functional block diagram of the control means is shown in FIG. 2, and details of the control means will be described later based on specific examples. The control means may include storage means such as ROM and RAM, and calculation means such as CPU and FPGA. The storage means may store a program for causing each means such as the ejection means and the curing means to perform a specific operation, and the operation of each means is controlled based on the program.
In the present invention, when each means such as the discharging means and the curing means is operated by the control means, when each means moves in a predetermined direction, such movement is relative to the modeling table (or three-dimensional object). It means moving. Therefore, for example, when it is said that "the ejection means moves in the main scanning direction", the ejection means itself may move in the main scanning direction, or by moving the modeling table (or three-dimensional object) in the main scanning direction, The ejection means may be controlled to move relatively in the main scanning direction.
The height adjustment control is performed on an area where a height increase area where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height is expected to occur in the discharge process and/or the flattening process. , is a control for adjusting the height, and is performed by the control means controlling the operation of each means.
By the action of the control means, the increment in the height direction of the modeling material can be reduced, thereby preventing failure of the flattening means and damage to the molded object due to collision of the flattening means with the hardened modeling material. A three-dimensional molded object with excellent dimensional accuracy in the height direction can be obtained.

制御手段に含まれ得る記憶手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの主記憶装置の他、HDD(Hard Disk Drive)、SDD(Solid State Drive)などの補助記憶装置なども挙げられる。
制御手段に含まれ得る計算手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、CPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などが挙げられる。
The storage means that can be included in the control means is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose.For example, in addition to main storage devices such as RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), Examples include auxiliary storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SDD (Solid State Drive).
The calculation means that can be included in the control means is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field Programmable Gate Array).

<その他の工程およびその他の手段>
その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平坦化工程、乾燥工程などが挙げられる。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平坦化手段、乾燥手段、ステージなどが挙げられる。
<Other processes and other means>
Other steps are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and include, for example, a flattening step, a drying step, and the like.
Other means are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and include, for example, a flattening means, a drying means, a stage, and the like.

-平坦化工程および平坦化手段-
平坦化工程は、前記吐出工程により形成された造形層を平坦化する工程であり、平坦化手段により実施される。
平坦化手段としては、例えば、ローラ、ブラシ、ブレードなどが挙げられる。
平坦化手段が造形材料を平坦化することにより、造形層の平均厚みの精度や平坦性を確保することができる。
- Flattening process and flattening means -
The planarization step is a step of planarizing the shaped layer formed by the discharge step, and is performed by a planarization means.
Examples of the flattening means include rollers, brushes, blades, and the like.
By flattening the modeling material by the flattening means, it is possible to ensure the accuracy and flatness of the average thickness of the modeling layer.

-ステージ-
ステージとは、造形層が積層されて立体造形物が造形される基台を意味する。
ステージは、モータなどにより移動可能であってもよく、上下動可能であってもよい。なお、「ステージ」を「造形ステージ」または「造形台」と称することがある。
ステージの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、平面状であることが好ましい。
-stage-
The stage means a base on which modeling layers are stacked to form a three-dimensional object.
The stage may be movable by a motor or the like, or may be movable up and down. Note that the "stage" may be referred to as a "modeling stage" or "modeling table."
The shape of the stage is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably planar.

ここで、本発明の立体造形物製造装置について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
Here, the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
In addition, in each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted. Further, the number, position, shape, etc. of the following constituent members are not limited to this embodiment, and can be set to a preferable number, position, shape, etc. for implementing the present invention.

図1は、本発明の立体造形物製造装置の一例を示す概略図である。この図1の立体造形物製造装置10は、層状造形物である造形層30が積層されて立体造形物が造形される造形ステージであるステージ14と、ステージ14上に造形層30を順次積層しながら造形する造形ユニット20とを備えている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention. The three-dimensional object manufacturing apparatus 10 of FIG. 1 includes a stage 14, which is a modeling stage in which building layers 30, which are layered objects, are laminated to form a three-dimensional object, and a stage 14, which is a modeling stage in which building layers 30, which are layered objects, are stacked, and the building layers 30 are sequentially stacked on the stage 14. It is equipped with a modeling unit 20 that performs modeling while printing.

造形ユニット20は、ユニットホルダ21に、造形材料を吐出する吐出手段である第1ヘッド11と、活性エネルギー線としての紫外線を照射するUV照射ユニット13と、造形層30を平坦化する平坦化手段である平坦化ローラ16を備えている。なお、立体造形物を造形するモデル材としての造形材料だけでなく、立体造形物の造形を支持するサポート材を吐出させるための第2ヘッド12を備えることができる。 The modeling unit 20 includes a first head 11 serving as a discharge means for discharging a modeling material onto a unit holder 21, a UV irradiation unit 13 for irradiating ultraviolet rays as active energy rays, and a flattening means for flattening the modeling layer 30. A flattening roller 16 is provided. Note that the second head 12 can be provided for discharging not only a modeling material as a model material for modeling a three-dimensional object, but also a support material that supports the modeling of a three-dimensional object.

ここでは、X方向において、第1ヘッド11を挟んで2つの第2ヘッド12を配置し、2つの第2ヘッド12の外側にそれぞれUV照射ユニット13を配置し、さらに、UV照射ユニット13の外側にそれぞれ平坦化部材として、平坦化ローラ16を配置している。 Here, in the X direction, two second heads 12 are arranged with the first head 11 in between, a UV irradiation unit 13 is arranged outside each of the two second heads 12, and further, an outside of the UV irradiation unit 13 is arranged. A flattening roller 16 is disposed as a flattening member in each of the areas.

第1ヘッド11には、カートリッジ装着部に交換可能に装着されるカートリッジによって造形材料が供給チューブなどを介して供給される。なお、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラーの造形材料を使用する場合には、第1ヘッド11に各色の液滴を吐出する複数のノズル列を配置することができる。 The first head 11 is supplied with modeling material via a supply tube or the like by a cartridge that is replaceably mounted on a cartridge mounting section. Note that when using a color modeling material such as black, cyan, magenta, or yellow, a plurality of nozzle rows for ejecting droplets of each color can be arranged in the first head 11.

UV照射ユニット13は、第1ヘッド11から吐出された造形材料を硬化する。また、UV照射ユニット13は、サポート材を含む場合は、第2ヘッド12から吐出されたサポート材からなる造形層30を硬化する。
UV照射ユニット13としては、発光ダイオード(LED)、紫外線照射ランプなどが挙げられる。紫外線照射ランプを使用する場合、紫外線照射により発生するオゾンを除去する機構を備えることが好ましい。
紫外線照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くした紫外線照射ランプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドは、波長領域が広いため着色物の硬化に効果的である。Pb、Sn、Feなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。
The UV irradiation unit 13 cures the modeling material discharged from the first head 11. Further, when the UV irradiation unit 13 includes a support material, the modeling layer 30 made of the support material discharged from the second head 12 is cured.
Examples of the UV irradiation unit 13 include a light emitting diode (LED), an ultraviolet irradiation lamp, and the like. When using an ultraviolet irradiation lamp, it is preferable to include a mechanism for removing ozone generated by ultraviolet irradiation.
Examples of the types of ultraviolet irradiation lamps include high-pressure mercury lamps, ultra-high-pressure mercury lamps, and metal halides. Ultra-high-pressure mercury lamps are point light sources, but ultraviolet irradiation lamps that are combined with optical systems to increase light utilization efficiency can irradiate in the short wavelength range. Metal halides have a wide wavelength range and are therefore effective in curing colored materials. Metal halides such as Pb, Sn, and Fe are used and can be selected depending on the absorption spectrum of the photopolymerization initiator.

平坦化ローラ16は、回転されながら、ステージ14との相対移動により、ステージ14上で硬化された造形層30の表面を平坦化する。
なお、「ステージ14上」とは、特に限定しない限り、ステージ14およびステージ14上で積層させる造形層30上を含むことを意味する。
The flattening roller 16 flattens the surface of the modeling layer 30 hardened on the stage 14 by moving relative to the stage 14 while being rotated.
In addition, "on the stage 14" means including the stage 14 and the modeling layer 30 laminated|stacked on the stage 14, unless specifically limited.

造形ユニット20のユニットホルダ21は、X方向に配置されたガイド部材に移動可能に保持されている。
また、造形ユニット20のX方向の一方側には、第1ヘッド11の維持回復を行うメンテナンス機構が配置されている。
The unit holder 21 of the modeling unit 20 is movably held by a guide member arranged in the X direction.
Further, a maintenance mechanism for maintaining and recovering the first head 11 is arranged on one side of the modeling unit 20 in the X direction.

また、造形ユニット20のユニットホルダ21を保持しているガイド部材は、両側の側板に保持されている。側板はベース部材上に配置されたガイド部材に移動可能に保持されたスライダ部を有し、造形ユニット20はX方向と直交するY方向に往復移動可能である。
ステージ14は、昇降手段15によってZ方向に昇降される。昇降手段15は、ベース部材上にX方向に配置されたガイド部材上に移動可能に配置される。
Moreover, the guide member holding the unit holder 21 of the modeling unit 20 is held by the side plates on both sides. The side plate has a slider portion movably held by a guide member disposed on the base member, and the modeling unit 20 can reciprocate in the Y direction orthogonal to the X direction.
The stage 14 is raised and lowered in the Z direction by a lifting means 15. The elevating means 15 is movably arranged on a guide member arranged in the X direction on the base member.

次に、この立体造形物製造装置10による造形動作の概要について、図1を参照して説明する。
まず、造形ユニット20をY方向に移動させてステージ14上に位置させる。次に、ステージ14を停止している造形ユニット20に対して移動させながら、第1ヘッド11からモデル材301を造形領域(立体造形物を構成する領域)に吐出させる。サポート材を用いる場合は、第2ヘッド12からサポート材302を造形領域以外のサポート領域(造形後除去する領域)に吐出させる。
Next, an overview of the modeling operation by this three-dimensional object manufacturing apparatus 10 will be explained with reference to FIG. 1.
First, the modeling unit 20 is moved in the Y direction and positioned on the stage 14. Next, while moving the stage 14 relative to the stopped modeling unit 20, the model material 301 is discharged from the first head 11 into a modeling area (an area that constitutes a three-dimensional object). When using a support material, the support material 302 is discharged from the second head 12 to a support region other than the modeling region (a region to be removed after modeling).

次に、UV照射ユニット13によって、モデル材301およびサポート材302上に紫外線を照射して硬化させ、造形材料による造形物17とサポート材による造形物18を含む1層分の造形層30を形成する。 Next, the UV irradiation unit 13 irradiates and cures the model material 301 and the support material 302 with ultraviolet rays, thereby forming one modeling layer 30 including the model material 17 made of the material and the support material 18 made of the material. do.

この造形層30を繰り返し造形して順次積層し、モデル材301をサポート材302で支持しながらモデル材301からなる目的とする立体造形物を造形する。例えば、図1の例では、造形層30A~30Eの5層を積層した状態を示している。 This modeling layer 30 is repeatedly modeled and layered one after another, and a target three-dimensional object made of the model material 301 is modeled while supporting the model material 301 with the support material 302. For example, the example in FIG. 1 shows a state in which five modeling layers 30A to 30E are laminated.

ここで、造形層30を複数層(固定値である必要はない。)積層する毎に、例えば、10層積層する毎に、平坦化ローラ16を最表面の造形層30に押し付けて平坦化することにより、造形層30の厚み精度や平坦性を確保する。
平坦化手段として、平坦化ローラ16のようなローラ形状の部材を使用する場合、X方向における移動方向に対して、平坦化ローラ16を逆転させる方向で回転させることにより、平坦化効果を向上させることができる。
Here, every time a plurality of building layers 30 (not necessarily a fixed value) are stacked, for example, every time 10 layers are stacked, the flattening roller 16 is pressed against the outermost building layer 30 to flatten it. This ensures the thickness accuracy and flatness of the modeling layer 30.
When using a roller-shaped member such as the flattening roller 16 as the flattening means, the flattening effect is improved by rotating the flattening roller 16 in a direction that is reverse to the direction of movement in the X direction. be able to.

また、造形ユニット20と最表面の造形層30とのギャップを一定に保つために、ここでは、1層の造形層30を形成する毎にステージ14を昇降手段15によって下降させている。なお、造形ユニット20を昇降させる構成でもよい。 Moreover, in order to keep the gap between the modeling unit 20 and the outermost modeling layer 30 constant, the stage 14 is lowered by the lifting means 15 every time one modeling layer 30 is formed. Note that a configuration in which the modeling unit 20 is moved up and down may also be used.

立体造形物製造装置は、モデル材301やサポート材302の回収部材、リサイクル機構などを備えてもよい。また、第1ヘッド11、第2ヘッド12の不吐出ノズルを検知する吐出状態検出手段を備えてもよい。さらに、造形時の装置内の環境温度を制御してもよい。 The three-dimensional object manufacturing apparatus may include a collection member for the model material 301 and the support material 302, a recycling mechanism, and the like. Further, an ejection state detection means for detecting non-ejection nozzles of the first head 11 and the second head 12 may be provided. Furthermore, the environmental temperature within the apparatus during modeling may be controlled.

(立体造形物製造用プログラム)
本発明の立体造形物製造用プログラムは、平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることによって起こる、硬化後の前記造形材料からなる造形層と平坦化手段との衝突を回避する処理をコンピュータに行わせる。
(Program for manufacturing three-dimensional objects)
The program for producing a three-dimensional object of the present invention is characterized in that the building layer made of the building material after hardening and the flattening occur due to the generation of a height increase area where the height of the building material after flattening is higher than the target height. To have a computer perform processing to avoid collision with means.

平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域に吐出する前記造形材料の吐出量を削減する処理をコンピュータに行わせることが好ましい。 When a height increase area occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height, causing the computer to perform a process of reducing the amount of the modeling material discharged to the height increase area. is preferred.

平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域を平坦化する平坦化手段による前記造形材料の掻取り量を増加する処理をコンピュータに行わせることが好ましい。
この場合、前記平坦化手段が平坦化ローラであり、前記平坦化ローラの回転数を増加することが好ましい。
If a height increased area occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height, a process of increasing the amount of the modeling material scraped off by a flattening means for flattening the height increased area. It is preferable to have a computer perform this.
In this case, it is preferable that the flattening means is a flattening roller, and the number of rotations of the flattening roller is increased.

本発明の立体造形物製造用プログラムによると、硬化後の造形材料からなる造形層に平坦化手段が衝突することによる衝突音の発生、平坦化手段の故障、および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる。 According to the program for producing a three-dimensional object of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of collision noise caused by the collision of the flattening means with the modeling layer made of the hardened modeling material, failure of the flattening means, and damage to the three-dimensional object, A three-dimensional object with excellent dimensional accuracy in the height direction can be obtained.

立体造形物製造用プログラムは、上記処理以外にも、その他の処理をコンピュータに行わせることができる。
その他の処理としては、例えば、吐出された造形材料の層を平坦化する処理、吐出された造形材料を硬化させるために活性エネルギー線照射する処理、造形された造形物を洗浄する処理、造形された造形物を乾燥する処理などが挙げられる。
The three-dimensional object manufacturing program can cause the computer to perform other processes in addition to the above processes.
Other treatments include, for example, a process of flattening the layer of the ejected modeling material, a process of irradiating active energy rays to harden the ejected modeling material, a process of cleaning the modeled object, and a process of cleaning the modeled object. Examples include drying the shaped object.

本発明の立体造形物製造用プログラムは、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の立体造形物製造装置として実現させることから、本発明の立体造形物製造用プログラムにおける好適な態様は、例えば、本発明の立体造形物製造装置における好適な態様と同様とすることができる。 The three-dimensional object manufacturing program of the present invention is realized as the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention by using a computer or the like as a hardware resource, and therefore is a preferred embodiment of the three-dimensional object manufacturing program of the present invention. can be, for example, the same as the preferred embodiment of the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention.

本発明の立体造形物製造用プログラムは、使用するコンピュータシステムの構成およびオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、公知の各種のプログラム言語を用いて作成することができる。 The three-dimensional object manufacturing program of the present invention can be created using various known programming languages depending on the configuration of the computer system used and the type and version of the operating system.

本発明の立体造形物製造用プログラムは、内蔵ハードディスク、外付けハードディスクなどの記録媒体に記録しておいてもよいし、CD-ROM、DVD-ROM、MOディスク、USBメモリなどの記録媒体に記録しておいてもよい。これらの記録媒体は、制御手段に含まれる記憶手段であってよい。
さらに、本発明の立体造形物製造用プログラムを、上記の記録媒体に記録する場合には、必要に応じて、コンピュータシステムが有する記録媒体読取装置を通じて、これを直接またはハードディスクにインストールして使用することができる。また、コンピュータシステムから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域(他のコンピュータなど)に本発明の立体造形物製造用プログラムを記録しておいてもよい。この場合、外部記憶領域に記録された本発明の立体造形物製造用プログラムは、必要に応じて、外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じてこれを直接、またはハードディスクにインストールして使用することができる。
なお、本発明の立体造形物製造用プログラムは、複数の記録媒体に、任意の処理毎に分割されて記録されていてもよい。
The three-dimensional object manufacturing program of the present invention may be recorded on a recording medium such as a built-in hard disk or an external hard disk, or may be recorded on a recording medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, MO disk, or USB memory. You can leave it as is. These recording media may be storage means included in the control means.
Furthermore, when recording the three-dimensional object manufacturing program of the present invention on the above-mentioned recording medium, it can be used directly or installed on a hard disk through a recording medium reading device included in the computer system, as necessary. be able to. Furthermore, the three-dimensional object manufacturing program of the present invention may be recorded in an external storage area (such as another computer) that is accessible from the computer system through an information communication network. In this case, the three-dimensional object manufacturing program of the present invention recorded in the external storage area can be used directly from the external storage area via an information communication network or by being installed on a hard disk, if necessary.
Note that the three-dimensional object manufacturing program of the present invention may be divided and recorded on a plurality of recording media for each arbitrary process.

<立体造形物製造装置>
本発明の立体造形物製造装置は、本発明の立体造形物製造用プログラムを搭載する。
本発明の立体造形物製造装置は、本発明の立体造形物製造用プログラムを搭載している以外は特に制限はなく、その他のプログラムなどを搭載することができる。
<Three-dimensional object manufacturing device>
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention is equipped with the three-dimensional object manufacturing program of the present invention.
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention is not particularly limited except that it is equipped with the three-dimensional object manufacturing program of the present invention, and other programs can be installed therein.

<コンピュータが読み取り可能な記録媒体>
本発明におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、本発明の立体造形物製造用プログラムを記録してなる。
本発明におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、CD-ROM、DVD-ROM、MOディスク、USBメモリなどが挙げられる。
また、本発明におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、本発明の立体造形物製造用活性エネルギー線照射プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体であってもよい。
<Computer-readable recording medium>
The computer-readable recording medium of the present invention records the three-dimensional object manufacturing program of the present invention.
The computer-readable recording medium in the present invention is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, such as a built-in hard disk, an external hard disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, an MO disk, and a USB. Examples include memory.
Moreover, the computer-readable recording medium in the present invention may be a plurality of recording media on which the active energy ray irradiation program for producing a three-dimensional object according to the present invention is divided and recorded for each arbitrary process.

本発明の立体造形物製造用プログラムによる処理は、本発明の立体造形物製造装置を構成する制御手段を有するコンピュータを用いて実行することができる。
コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
Processing by the three-dimensional object manufacturing program of the present invention can be executed using a computer having a control means constituting the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention.
The computer is not particularly limited as long as it is equipped with devices for storage, calculation, control, etc., and can be appropriately selected depending on the purpose, such as a personal computer.

ここで、立体造形物製造装置の制御手段の概要について、図2を参照して説明する。図2は立体造形物製造装置の制御手段のブロック図である。 Here, an overview of the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus will be explained with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a block diagram of the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus.

制御手段500は、立体造形物製造装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に本発明の立体造形物製造用プログラム、その他の固定データを格納するROM502と、造形データ等を一時格納するRAM503とを含む主制御部500Aを備えている。
また、制御手段500は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)504を備えている。また、制御手段500は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他の装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC505を備えている。
さらに、制御手段500は、外部の造形データ作成装置600から造形データを受信するときに使用するデータおよび信号の送受を行うためのI/F506を備えている。
なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物(立体造形物)を造形層ごとにスライスしたスライスデータである造形データ(断面データ)を作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
The control means 500 includes a CPU 501 that controls the entire three-dimensional object manufacturing apparatus, a ROM 502 that stores the three-dimensional object manufacturing program of the present invention and other fixed data in the CPU 501, and a RAM 503 that temporarily stores modeling data and the like. The main controller 500A includes a main controller 500A.
The control means 500 also includes a non-volatile memory (NVRAM) 504 for retaining data even when the power of the device is cut off. The control means 500 also includes an ASIC 505 that processes image processing that performs various signal processing on image data and other input/output signals for controlling the entire device.
Further, the control means 500 includes an I/F 506 for transmitting and receiving data and signals used when receiving modeling data from an external modeling data creation device 600.
Note that the modeling data creation device 600 is a device that creates modeling data (cross-sectional data) that is slice data obtained by slicing the final form of the object (three-dimensional object) for each formation layer, and is an information processing device such as a personal computer. It consists of

制御手段500は、各種センサの検知信号を取り込むためのI/O507を備える。
また、制御手段500は、造形ユニット20の第1ヘッド11を駆動制御するヘッド駆動制御部508と、第2ヘッド12を駆動制御するヘッド駆動制御部509を備えている。
さらに、制御手段500は、造形ユニット20をX方向に移動させるユニットX方向移動機構550を構成するモータを駆動するモータ駆動部510と、造形ユニット20をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動するモータ駆動部511を備える。
The control means 500 includes an I/O 507 for receiving detection signals from various sensors.
Further, the control means 500 includes a head drive control section 508 that drives and controls the first head 11 of the modeling unit 20, and a head drive control section 509 that drives and controls the second head 12.
Further, the control means 500 includes a motor drive unit 510 that drives a motor that constitutes a unit X-direction moving mechanism 550 that moves the modeling unit 20 in the A motor drive section 511 that drives a motor constituting the direction scanning mechanism 552 is provided.

制御手段500は、ステージ14を昇降手段15とともにX方向に移動させるステージX方向走査機構553を構成するモータを駆動するモータ駆動部513と、ステージ14をZ方向に昇降させる昇降手段15を構成するモータを駆動するモータ駆動部514を備える。なお、Z方向への昇降は、前述したように造形ユニット20を昇降させる構成とすることもできる。 The control means 500 constitutes a motor drive unit 513 that drives a motor that constitutes a stage X-direction scanning mechanism 553 that moves the stage 14 in the X direction together with the elevating means 15, and an elevating means 15 that moves the stage 14 up and down in the Z direction. A motor drive unit 514 that drives the motor is provided. In addition, raising and lowering in the Z direction can also be configured such that the modeling unit 20 is raised and lowered as described above.

制御手段500は、平坦化ローラ16を回転駆動するモータ26を駆動するモータ駆動部516、第1ヘッド11、第2ヘッド12のメンテナンス機構61を駆動するメンテナンス駆動部518を備える。 The control means 500 includes a motor drive section 516 that drives the motor 26 that rotationally drives the flattening roller 16, and a maintenance drive section 518 that drives the maintenance mechanism 61 of the first head 11 and the second head 12.

制御手段500は、UV照射ユニット13による紫外線照射を制御する硬化制御部519を備える。
制御手段500のI/O507には、装置の環境条件としての温度および湿度を検出する温湿度センサ560などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御手段500には、この装置に必要な情報の入力および表示を行うための操作パネル522が接続されている。
制御手段500は、上述したように、造形データ作成装置600から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層30の内の造形物17を形成するデータ(造形領域のデータ)である。
The control means 500 includes a curing control section 519 that controls ultraviolet irradiation by the UV irradiation unit 13.
The I/O 507 of the control means 500 receives detection signals from a temperature/humidity sensor 560 that detects temperature and humidity as environmental conditions of the device, and detection signals from other sensors.
An operation panel 522 is connected to the control means 500 for inputting and displaying information necessary for this device.
The control means 500 receives modeling data from the modeling data creation device 600, as described above. The modeling data is data for forming the object 17 in each object layer 30 (data of the object region) as slice data obtained by slicing the shape of the target three-dimensional object.

主制御部500Aは、造形データ(造形領域データ)にサポート材を付与するサポート領域のデータを付加したデータを作成し、ヘッド駆動制御部508、509に与える。ヘッド駆動制御部508、509は、それぞれ、第1ヘッド11からモデル材301の液滴を造形領域に吐出させ、第2ヘッド12から液状のサポート材302の液滴をサポート領域に吐出させる。
なお、造形データ作成装置600と立体造形物製造装置10によって製造装置が構成される。
The main control unit 500A creates data by adding data of a support area to which a support material is applied to modeling data (printing area data), and provides the data to the head drive control units 508 and 509. The head drive control units 508 and 509 each cause the first head 11 to eject droplets of the model material 301 onto the modeling area, and the second head 12 to eject droplets of the liquid support material 302 onto the support area.
Note that a manufacturing device is configured by the modeling data creation device 600 and the three-dimensional object manufacturing device 10.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these Examples in any way.

(比較例1)
図3に示す比較例1で用いる立体造形物製造装置200は、立体造形物110が載置される造形ステージ111と、造形ステージ111上に造形物110を順次積層しながら造形する造形ユニット120とを備えている。
(Comparative example 1)
The three-dimensional object manufacturing apparatus 200 used in Comparative Example 1 shown in FIG. It is equipped with

造形ステージ111は、X方向、Y方向、およびZ方向に移動可能に構成されている。なお、造形ユニット120をX方向に移動させる構成とすることもできる。これによって、往路および復路の造形動作を実現できる。 The modeling stage 111 is configured to be movable in the X direction, the Y direction, and the Z direction. Note that a configuration may also be adopted in which the modeling unit 120 is moved in the X direction. This makes it possible to realize forward and backward modeling operations.

造形ユニット120は、吐出手段として、モデル材201を吐出する吐出手段である第1ヘッド121と、サポート材202を吐出する吐出手段である第2ヘッド122とを備えている。 The modeling unit 120 includes a first head 121 as a discharge means for discharging the model material 201 and a second head 122 as a discharge means for discharging the support material 202.

造形ユニット120は、吐出されたモデル材201およびサポート材202をそれぞれ平坦化する平坦化手段である平坦化ローラ123と、活性エネルギー線としての紫外線を照射してモデル材201およびサポート材202をそれぞれ硬化させる2つのUV照射ユニット124A,124Bとを備えている。 The modeling unit 120 includes a flattening roller 123 which is a flattening means for flattening the discharged model material 201 and the support material 202, and irradiates the model material 201 and the support material 202 with ultraviolet rays as active energy rays. It is equipped with two UV irradiation units 124A and 124B for curing.

ここでは、X方向において、造形ステージ111が往路方向に移動するとき、第1ヘッド121の上流側に平坦化ローラ123を、平坦化ローラ123の上流側にUV照射ユニット124Aをそれぞれ配置している。また、同じく、第1ヘッド121の下流側に第2ヘッド122を、第2ヘッド122の下流側にUV照射ユニット124Bを並べて配置している。 Here, when the modeling stage 111 moves in the forward direction in the X direction, the flattening roller 123 is placed upstream of the first head 121, and the UV irradiation unit 124A is placed upstream of the flattening roller 123. . Similarly, the second head 122 is arranged downstream of the first head 121, and the UV irradiation unit 124B is arranged downstream of the second head 122.

ここで、図6は、比較例1の立体造形物製造装置の制御手段における立体造形物製造用吐出プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図3、図4および図5を参照して、比較例1の立体造形物の製造方法の処理の流れについて説明する。 Here, FIG. 6 is a flowchart showing an example of the processing flow of the discharge program for manufacturing a three-dimensional object in the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus of Comparative Example 1. Hereinafter, with reference to FIGS. 3, 4, and 5, the process flow of the method for manufacturing a three-dimensional structure of Comparative Example 1 will be described.

ステップS1では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図4(A)に示す、目的とする形状のモデル層の造形データ(スライスデータ)を受け付けると、処理をS2に移行する。ここで、比較例1の図4(A)に示すモデル層は長方形状である。 In step S1, when the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 receives the modeling data (slice data) of the model layer of the target shape shown in FIG. 4(A), the process moves to S2. Here, the model layer shown in FIG. 4(A) of Comparative Example 1 has a rectangular shape.

ステップS2では、図4(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、往路にてモデルスキャン1によりステージ111上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてモデル層1を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、図4(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、復路にてモデルスキャン2によりモデル層1上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてモデル層2を形成すると、処理をS3に移行する。 In step S2, based on the slice data of the model layer shown in FIG. 4A, the model material 201 is discharged from the first head 121 onto the stage 111 by model scan 1 in the outward path, and ultraviolet rays are irradiated from the UV irradiation unit 124A. The model layer 1 is formed by hardening. Subsequently, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the model material 201 from the first head 121 onto the model layer 1 by model scan 2 on the return trip based on the slice data of the model layer shown in FIG. 4(A). After flattening is performed by the flattening roller 123, and the model layer 2 is formed by irradiating and curing ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124B, the process moves to S3.

ステップS3では、立体造形物製造装置200の制御手段が、サポート層の有無を判断し、サポート層を有すると処理をS4に移行し、サポート層を有しないと処理をS5に移行する。 In step S3, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 determines the presence or absence of a support layer, and if there is a support layer, the process moves to S4, and if there is no support layer, the process moves to S5.

ステップS4では、立体造形物製造装置200の制御手段が、往路においてサポートスキャン1によりステージ111上に第2ヘッド122からサポート材202を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてサポート層1を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、復路においてサポートスキャン2によりサポート層1上に第2ヘッド122からサポート材202を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてサポート層2を形成すると、処理をS5に移行する。 In step S4, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the support material 202 from the second head 122 onto the stage 111 by support scan 1 on the outward path, and irradiates the support material 202 with ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124A to cure it and support it. Form layer 1. Subsequently, on the return trip, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the support material 202 from the second head 122 onto the support layer 1 by the support scan 2, flattens it with the flattening roller 123, and applies the support material 202 to the UV irradiation unit 124B. After the support layer 2 is formed by irradiating and curing ultraviolet rays, the process moves to S5.

ステップS5では、立体造形物製造装置200の制御手段が、Z方向に造形ユニット120を所定量上昇させると、本処理を終了する。これ以降、必要に応じてステップS1からステップS5の一連の処理を所定回数繰り返すことにより、比較例1の立体造形物が得られる。 In step S5, when the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 raises the modeling unit 120 by a predetermined amount in the Z direction, this process ends. After this, the three-dimensional molded object of Comparative Example 1 is obtained by repeating the series of processes from step S1 to step S5 a predetermined number of times as necessary.

比較例1においては、図4(A)は平坦化直後のモデル材102を示し、図4(B)は平坦化後硬化前のモデル材102の両端部が盛り上がって高さ増加領域102aが生じた状態を示す。図4(B)中101は平坦化手段としての平坦化ローラである。
図5は、比較例1の平坦化後のモデル材におけるX方向厚みtと高さ増分Δhとの関係を示すグラフであり、モデル層のX方向の厚みtが0.8mmに高さ増分のピークを持ち、X方向厚みtが0.5mm~1.2mmの範囲で0.5%以上2.2%以下の高さ増分が生じることがわかった。
In Comparative Example 1, FIG. 4(A) shows the model material 102 immediately after flattening, and FIG. 4(B) shows both ends of the model material 102 after flattening and before hardening are raised to form a height increased region 102a. Indicates the condition. Reference numeral 101 in FIG. 4(B) indicates a flattening roller as a flattening means.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the X-direction thickness t and the height increment Δh in the model material after flattening in Comparative Example 1. It was found that there is a peak, and a height increment of 0.5% or more and 2.2% or less occurs when the thickness t in the X direction is in the range of 0.5 mm to 1.2 mm.

(実施例1)
実施例1では、比較例1と同様に図3に示す立体造形物製造装置200を用い、図7に示す形状のモデル層を造形した。
(Example 1)
In Example 1, similarly to Comparative Example 1, a three-dimensional object manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 3 was used to model a model layer having the shape shown in FIG. 7 .

ここで、図9は、実施例1の立体造形物製造装置の制御手段における立体造形物製造用プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図3、図7および図8を参照して、実施例1の立体造形物の製造方法の処理の流れについて説明する。 Here, FIG. 9 is a flowchart showing an example of the processing flow of the three-dimensional object manufacturing program in the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus of the first embodiment. Hereinafter, with reference to FIGS. 3, 7, and 8, the process flow of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the first embodiment will be described.

ステップS11では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示す、目的とする形状のモデル層の造形データ(スライスデータ)を受け付けると、処理をS12に移行する。ここで、実施例1の図7(A)に示すモデル層は長方形状である。 In step S11, when the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 receives the modeling data (slice data) of the model layer having the target shape shown in FIG. 7(A), the process proceeds to S12. Here, the model layer shown in FIG. 7(A) of Example 1 has a rectangular shape.

ステップS12では、立体造形物製造装置200の制御手段が、高さ増加領域の有無を判断し、高さ増加領域を有していると処理をS13に移行し、高さ増加領域を有していないと処理をS14に移行する。ここで、高さ増加領域は、事前に、所定の組成(表面張力)の造形材料と吐出ヘッドの吐出特性に起因する高さ増分と、実際に造形材料を吐出し平坦化ローラを用いて平坦化することに起因する高さ増分と、を考慮して求めることができる。 In step S12, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 determines whether or not there is an increased height region, and if the increased height region is present, the process moves to S13, and if the increased height region is present, the control means moves to S13, and if the increased height region is present, the control means moves to S13. If not, the process moves to S14. Here, the height increase area is determined in advance by calculating the height increment caused by the ejection characteristics of the ejecting head and the ejecting material of a predetermined composition (surface tension), and the ejecting property of the ejecting head when the ejecting head actually ejects the ejecting material and flattens it using a flattening roller. It can be determined by taking into consideration the height increment caused by the change in height.

ステップS13では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、かつ高さ増加領域に吐出するモデル材の吐出量を削減し、往路にてモデルスキャン1によりステージ111上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてモデル層1を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、かつ高さ増加領域に吐出するモデル材の吐出量を削減し、復路にてモデルスキャン2によりモデル層1上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてモデル層2を形成すると、処理をS15に移行する。
高さ増加領域に吐出するモデル材の吐出量の削減は、モデル材の吐出液滴量を減らす、またはモデル材の吐出を所定の間引き量で間引くことにより行うことができる。
In step S13, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 reduces the discharge amount of the model material to be discharged to the height increasing region based on the slice data of the model layer shown in FIG. In model scan 1, model material 201 is discharged from first head 121 onto stage 111, and is irradiated with ultraviolet rays from UV irradiation unit 124A to be cured to form model layer 1. Subsequently, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 reduces the amount of model material discharged to the height increasing area based on the slice data of the model layer shown in FIG. 7(A), and performs model scanning on the return trip. 2, the model material 201 is discharged from the first head 121 onto the model layer 1, flattened by the flattening roller 123, and cured by irradiating ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124B to form the model layer 2. The process moves to S15.
The amount of model material to be ejected to the increased height region can be reduced by reducing the amount of droplets of model material to be ejected or by thinning out the model material by a predetermined thinning amount.

ステップS14では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、往路にてモデルスキャン3によりステージ111上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてモデル層3を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、復路にてモデルスキャン4によりモデル層3上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてモデル層4を形成すると、処理をS15に移行する。 In step S14, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 moves the model material 201 from the first head 121 onto the stage 111 by model scan 3 on the outward path based on the slice data of the model layer shown in FIG. 7(A). The model layer 3 is formed by discharging and curing by irradiating ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124A. Subsequently, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the model material 201 from the first head 121 onto the model layer 3 by the model scan 4 on the return trip based on the slice data of the model layer shown in FIG. 7(A). After flattening is performed by the flattening roller 123, and the model layer 4 is formed by irradiating and curing ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124B, the process moves to S15.

ステップS15では、立体造形物製造装置200の制御手段が、サポート層の有無を判断し、サポート層を有すると処理をS16に移行し、サポート層を有しないと処理をS17に移行する。 In step S15, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 determines the presence or absence of a support layer, and if there is a support layer, the process moves to S16, and if there is no support layer, the process moves to S17.

ステップS16では、立体造形物製造装置200の制御手段が、往路においてサポートスキャン1によりステージ111上に第2ヘッド122からサポート材202を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてサポート層1を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、復路においてサポートスキャン2によりサポート層1上に第2ヘッド122からサポート材202を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてサポート層2を形成すると、処理をS17に移行する。 In step S16, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the support material 202 from the second head 122 onto the stage 111 by the support scan 1 on the outward path, and irradiates the support material 202 with ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124A to harden it and support it. Form layer 1. Subsequently, on the return trip, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the support material 202 from the second head 122 onto the support layer 1 by the support scan 2, flattens it with the flattening roller 123, and applies the support material 202 to the UV irradiation unit 124B. After the support layer 2 is formed by irradiating and curing ultraviolet rays, the process moves to S17.

ステップS17では、立体造形物製造装置200の制御手段が、Z方向に造形ユニット120を所定量上昇させると、本処理を終了する。これ以降、必要に応じて、ステップS11からステップS17の一連の処理を所定回数繰り返すことにより、実施例1の立体造形物が得られる。 In step S17, when the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 raises the modeling unit 120 by a predetermined amount in the Z direction, this process ends. After this, the three-dimensional structure of Example 1 is obtained by repeating the series of processes from step S11 to step S17 a predetermined number of times as necessary.

実施例1において、図7(A)は平坦化直後の状態のモデル材102、図7(B)は平坦化後硬化前に高さ増加領域が生じない状態のモデル材102を示す模式図であり、実施例1の平坦化後のモデル材では高さ増加領域は生じていない。図7(B)中101は平坦化手段としての平坦化ローラである。
図8は、実施例1の平坦化後のモデル材におけるX方向厚みhと高さ増分Δhとの関係を示し、点線は比較例1、実線は実施例1である。実施例1では、平坦化後のモデル材の高さ増加領域が生じないので、比較例1のような高さ増分のピークが生じない。
実施例1では、高さ増加領域に吐出するモデル材の吐出量を削減する制御を行うことによって、モデル材の表面張力によって高さ増加領域が生じることを防止でき、硬化後のモデル材からなるモデル層に平坦化手段が衝突することによる衝突音の発生、平坦化手段の故障、および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる。
In Example 1, FIG. 7(A) is a schematic diagram showing the model material 102 in a state immediately after flattening, and FIG. 7(B) is a schematic diagram showing the model material 102 in a state in which no height increasing region occurs after flattening and before hardening. There is no increased height region in the model material after flattening in Example 1. Reference numeral 101 in FIG. 7(B) indicates a flattening roller as a flattening means.
FIG. 8 shows the relationship between the X-direction thickness h and the height increment Δh in the model material after flattening of Example 1, where the dotted line is Comparative Example 1 and the solid line is Example 1. In Example 1, since no height increase region of the model material after flattening occurs, a peak in height increment as in Comparative Example 1 does not occur.
In Example 1, by performing control to reduce the amount of model material discharged into the height-increasing region, it is possible to prevent the height-increasing region from occurring due to the surface tension of the model material. It is possible to prevent the occurrence of collision sounds caused by the flattening means colliding with the model layer, failure of the flattening means, and damage to the modeled object, and it is possible to obtain a three-dimensional modeled object with excellent dimensional accuracy in the height direction.

(実施例2)
実施例2では、比較例1と同様に図3に示す立体造形物製造装置200を用い、図7に示す形状のモデル層を造形した。
(Example 2)
In Example 2, similarly to Comparative Example 1, a three-dimensional object manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 3 was used to model a model layer having the shape shown in FIG. 7 .

ここで、図10は、実施例2の立体造形物製造装置の制御手段における立体造形物製造用プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図3、図7および図8を参照して、実施例2の立体造形物の製造方法の処理の流れについて説明する。 Here, FIG. 10 is a flowchart showing an example of the processing flow of the three-dimensional object manufacturing program in the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus of the second embodiment. Hereinafter, with reference to FIG. 3, FIG. 7, and FIG. 8, the process flow of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the second embodiment will be described.

ステップS21では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示す、目的とする形状のモデル層の造形データ(スライスデータ)を受け付けると、処理をS22に移行する。ここで、実施例2の図7(A)に示す立体造形物は長方形状である。 In step S21, when the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 receives the modeling data (slice data) of the model layer having the target shape shown in FIG. 7(A), the process proceeds to S22. Here, the three-dimensional structure shown in FIG. 7(A) of Example 2 has a rectangular shape.

ステップS22では、立体造形物製造装置200の制御手段が、高さ増加領域の有無を判断し、高さ増加領域を有していると処理をS23に移行し、高さ増加領域を有していないと処理をS24に移行する。ここで、高さ増加領域は、事前に、所定の組成(表面張力)の造形材料と吐出ヘッドの吐出特性に起因する高さ増分と、実際に造形材料を吐出し平坦化ローラを用いて平坦化することに起因する高さ増分と、を考慮して求めることができる。 In step S22, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 determines whether or not there is an increased height region, and if the increased height region is present, the process moves to S23, and if the increased height region is present, the control means moves to S23, and if the increased height region is present, the control means moves to S23. If not, the process moves to S24. Here, the height increase area is determined in advance by calculating the height increment caused by the ejection characteristics of the ejecting head and the ejecting material of a predetermined composition (surface tension), and the ejecting property of the ejecting head when the ejecting head actually ejects the ejecting material and flattens it using a flattening roller. It can be determined by taking into consideration the height increment caused by the change in height.

ステップS23では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、往路にてモデルスキャン1によりステージ111上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてモデル層1を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、かつ高さ増加領域における平坦化ローラの回転数を増加させて、モデル材の掻き取り量を増加させ、復路にてモデルスキャン2によりモデル層1上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてモデル層2を形成すると、処理をS25に移行する。 In step S23, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 moves the model material 201 from the first head 121 onto the stage 111 by model scan 1 on the outward path based on the slice data of the model layer shown in FIG. 7(A). The model layer 1 is formed by discharging and curing by irradiating ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124A. Subsequently, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 increases the number of rotations of the flattening roller in the height increasing area based on the slice data of the model layer shown in FIG. The model material 201 is discharged from the first head 121 onto the model layer 1 by the model scan 2 on the return trip, flattened by the flattening roller 123, and cured by irradiating ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124B. After forming the model layer 2, the process moves to S25.

ステップS24では、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、往路にてモデルスキャン3によりステージ111上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてモデル層3を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、図7(A)に示すモデル層のスライスデータに基づき、復路にてモデルスキャン4によりモデル層3上に第1ヘッド121からモデル材201を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてモデル層4を形成すると、処理をS25に移行する。 In step S24, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 moves the model material 201 from the first head 121 onto the stage 111 by model scanning 3 on the outward path based on the slice data of the model layer shown in FIG. 7(A). The model layer 3 is formed by discharging and curing by irradiating ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124A. Subsequently, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the model material 201 from the first head 121 onto the model layer 3 by the model scan 4 on the return trip based on the slice data of the model layer shown in FIG. 7(A). After flattening is performed by the flattening roller 123, and the model layer 4 is formed by irradiating and curing ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124B, the process moves to S25.

ステップS25では、立体造形物製造装置200の制御手段が、サポート層の有無を判断し、サポート層を有すると処理をS26に移行し、サポート層を有しないと処理をS27に移行する。 In step S25, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 determines the presence or absence of a support layer, and if there is a support layer, the process moves to S26, and if there is no support layer, the process moves to S27.

ステップS26では、立体造形物製造装置200の制御手段が、往路においてサポートスキャン1によりステージ111上に第2ヘッド122からサポート材202を吐出し、UV照射ユニット124Aから紫外線を照射し硬化させてサポート層1を形成する。引き続き、立体造形物製造装置200の制御手段が、復路においてサポートスキャン2によりサポート層1上に第2ヘッド122からサポート材202を吐出し、平坦化ローラ123により平坦化を行い、UV照射ユニット124Bから紫外線を照射し硬化させてサポート層2を形成すると、処理をS27に移行する。 In step S26, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the support material 202 from the second head 122 onto the stage 111 by the support scan 1 on the outward path, and irradiates the support material 202 with ultraviolet rays from the UV irradiation unit 124A to harden it to support the support material 202. Form layer 1. Subsequently, on the return trip, the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 discharges the support material 202 from the second head 122 onto the support layer 1 by the support scan 2, flattens it with the flattening roller 123, and applies the support material 202 to the UV irradiation unit 124B. After the support layer 2 is formed by irradiating and curing ultraviolet rays, the process moves to S27.

ステップS27では、立体造形物製造装置200の制御手段が、Z方向に造形ユニット120を所定量上昇させると、本処理を終了する。これ以降、必要に応じてステップS21からステップS27の一連の処理を所定回数繰り返すことにより、実施例2の立体造形物が得られる。 In step S27, when the control means of the three-dimensional object manufacturing apparatus 200 raises the modeling unit 120 by a predetermined amount in the Z direction, this process ends. After this, the three-dimensional object of Example 2 is obtained by repeating the series of processes from step S21 to step S27 a predetermined number of times as necessary.

実施例2において、図7(A)は平坦化直後の状態のモデル材102、図7(B)は平坦化後硬化前に高さ増加領域が生じない状態のモデル材102を示す模式図であり、実施例2の平坦化後のモデ材では高さ増加領域は生じていない。図7(B)中101は平坦化手段としての平坦化ローラである。
図8は、実施例2の平坦化後のモデル材におけるX方向厚みhと高さ増分Δhとの関係を示し、点線は比較例1、実線は実施例2である。実施例2では、平坦化後のモデル材の高さ増加領域が生じないので、比較例1のような高さ増分のピークが生じない。
実施例2では、高さ増加領域における平坦化ローラによる掻取り量を増加する制御を行うことによって、モデル材の表面張力によって高さ増加領域が生じることを防止でき、硬化後のモデル材からなるモデル層に平坦化手段が衝突することによる衝突音の発生、平坦化手段の故障、および造形物の破損を防止でき、高さ方向の寸法精度に優れた立体造形物が得られる。
In Example 2, FIG. 7(A) is a schematic diagram showing the model material 102 in a state immediately after flattening, and FIG. 7(B) is a schematic diagram showing the model material 102 in a state in which no height increasing region occurs after flattening and before hardening. However, in the model material after flattening in Example 2, no height increase region was generated. Reference numeral 101 in FIG. 7(B) indicates a flattening roller as a flattening means.
FIG. 8 shows the relationship between the thickness h in the X direction and the height increment Δh in the model material after flattening of Example 2, where the dotted line is Comparative Example 1 and the solid line is Example 2. In Example 2, since no height increase region of the model material after flattening occurs, a peak in height increment as in Comparative Example 1 does not occur.
In Example 2, by controlling to increase the amount of scraping by the flattening roller in the height increase area, it is possible to prevent the height increase area from occurring due to the surface tension of the model material, and It is possible to prevent the occurrence of collision sounds caused by the flattening means colliding with the model layer, failure of the flattening means, and damage to the modeled object, and it is possible to obtain a three-dimensional modeled object with excellent dimensional accuracy in the height direction.

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 造形材料を吐出する吐出手段と、
吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化手段と、
平坦化された前記造形材料を硬化する硬化手段と、
平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする立体造形物製造装置である。
<2> 平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域に吐出する前記造形材料の吐出量を削減する前記<1>に記載の立体造形物製造装置である。
<3> 平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域を平坦化する平坦化手段による前記造形材料の掻取り量を増加する前記<1>に記載の立体造形物製造装置である。
<4> 前記平坦化手段が平坦化ローラであり、前記平坦化ローラの回転数を増加する前記<3>に記載の立体造形物製造装置である。
<5> 前記高さ増加領域が、平坦化後の前記造形材料の主走査方向の両端部である前記<1>から<4>のいずれかに記載の立体造形物製造装置である。
<6> 主走査方向の厚みが3mm以下である造形材料からなる造形層の造形に用いられる前記<1>から<5>のいずれかに記載の立体造形物製造装置である。
<7> 前記吐出手段が主走査方向に往復動し、
前記制御手段が、前記吐出手段の往動時および復動時のそれぞれにおいて前記制御を行う前記<1>から<6>のいずれかに記載の立体造形物製造装置である。
<8> 平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする立体造形物製造用プログラムである。
<9> 前記<8>に記載の立体造形物製造用プログラムを搭載したことを特徴とする立体造形物製造装置である。
<10> 造形材料を吐出する吐出工程と、
吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化工程と、
平坦化された前記造形材料を硬化する硬化工程と、を含む立体造形物の製造方法であって、
前記吐出工程及び/又は前記平坦化工程において、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが予測される領域に対して、高さを調整する高さ調整制御
を行うことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
Examples of aspects of the present invention are as follows.
<1> A discharge means for discharging a modeling material;
flattening means for flattening the surface of the discharged modeling material;
a curing means for curing the flattened modeling material;
A control means that performs control to adjust the height in a region where a height increase region where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height is predicted to occur;
This is a three-dimensional object manufacturing apparatus characterized by having the following.
<2> If a height increase area occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height, reduce the amount of the modeling material discharged to the height increase area. > is the three-dimensional structure manufacturing apparatus described in >.
<3> If an increased height region occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height, the amount of the modeling material scraped off by the flattening means for flattening the increased height region The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to <1> above, wherein the three-dimensional object manufacturing apparatus increases
<4> The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to <3>, wherein the flattening means is a flattening roller, and the number of rotations of the flattening roller is increased.
<5> The three-dimensional structure manufacturing device according to any one of <1> to <4>, wherein the height increasing region is both ends of the flattened modeling material in the main scanning direction.
<6> The three-dimensional object manufacturing apparatus according to any one of <1> to <5>, which is used for modeling a modeling layer made of a modeling material having a thickness in the main scanning direction of 3 mm or less.
<7> The discharge means reciprocates in the main scanning direction,
The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to any one of <1> to <6>, wherein the control means performs the control each time the ejection means moves forward and backward.
<8> The method is characterized by causing a computer to perform a process of adjusting the height for an area where a height increase area where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height is predicted to occur. This is a program for manufacturing three-dimensional objects.
<9> A three-dimensional object manufacturing apparatus characterized by being equipped with the three-dimensional object manufacturing program described in <8> above.
<10> A discharge step of discharging the modeling material;
a flattening step of flattening the surface of the discharged modeling material;
A method for producing a three-dimensional object, comprising a curing step of curing the flattened modeling material,
In the discharge step and/or the flattening step, the height is adjusted for a region where a height increase region is predicted to occur where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height. This is a method for manufacturing a three-dimensional object characterized by performing height adjustment control.

前記<1>から<7>および<9>のいずれかに記載の立体造形物製造装置、前記<8>に記載の立体造形物製造用プログラム、ならびに前記<10>に記載の立体造形物の製造方法によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。 The three-dimensional object manufacturing apparatus according to any one of <1> to <7> and <9>, the three-dimensional object manufacturing program according to <8>, and the three-dimensional object manufacturing apparatus according to <10> above. According to the manufacturing method, various conventional problems can be solved and the object of the present invention can be achieved.

121 第1ヘッド
122 第2ヘッド
124A、124B UV照射ユニット
111 ステージ
123 平坦化ローラ
120 造形ユニット
200 立体造形物製造装置
121 First head 122 Second head 124A, 124B UV irradiation unit 111 Stage 123 Flattening roller 120 Modeling unit 200 Three-dimensional object manufacturing device

特開2019-123232号公報JP 2019-123232 Publication

Claims (10)

造形材料を吐出する吐出手段と、
吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化手段と、
平坦化された前記造形材料を硬化する硬化手段と、
平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが、前記造形材料の表面張力に基づいて事前に予測される領域に対して、高さを調整する制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする立体造形物製造装置。
a discharge means for discharging the modeling material;
flattening means for flattening the surface of the discharged modeling material;
a curing means for curing the flattened modeling material;
Adjusting the height for a region where it is predicted in advance based on the surface tension of the building material that a height increasing region will occur where the height of the building material after flattening is higher than the target height. a control means for controlling;
A three-dimensional object manufacturing device characterized by having the following.
平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域に吐出する前記造形材料の吐出量を削減する請求項1に記載の立体造形物製造装置。 2. The method according to claim 1, wherein when a height increasing region occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than a target height, the amount of the modeling material discharged to the height increasing region is reduced. Three-dimensional object manufacturing equipment. 平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域を平坦化する平坦化手段による前記造形材料の掻取り量を増加する請求項1に記載の立体造形物製造装置。 If an increased height region occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height, the amount of the modeling material scraped off by the flattening means for flattening the increased height region is increased. The three-dimensional object manufacturing apparatus according to claim 1. 前記平坦化手段が平坦化ローラであり、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じる場合には、前記高さ増加領域における前記平坦化ローラの回転数を増加させることによって前記造形材料の掻取り量を増加する、請求項3に記載の立体造形物製造装置。 When the flattening means is a flattening roller and a height increasing region occurs where the height of the modeling material after flattening is higher than the target height, rotation of the flattening roller in the height increasing region The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to claim 3 , wherein the amount of the building material scraped off is increased by increasing the number of objects. 前記高さ増加領域が、平坦化後の前記造形材料の主走査方向の両端部である請求項1から4のいずれかに記載の立体造形物製造装置。 The three-dimensional object manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the height increasing regions are both ends of the flattened modeling material in the main scanning direction. 主走査方向の厚みが3mm以下である造形材料からなる造形層の造形に用いられる請求項1から5のいずれかに記載の立体造形物製造装置。 The three-dimensional object manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, which is used for modeling a modeling layer made of a modeling material having a thickness in the main scanning direction of 3 mm or less. 前記吐出手段が主走査方向に往復動し、
前記制御手段が、前記吐出手段の往動時および復動時のそれぞれにおいて前記制御を行う請求項1から6のいずれかに記載の立体造形物製造装置。
The discharge means reciprocates in the main scanning direction,
7. The three-dimensional object manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the control means performs the control each time the ejection means moves forward and backward.
平坦化後の造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが、前記造形材料の表面張力に基づいて事前に予測される領域に対して、高さを調整する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする立体造形物製造用プログラム。 A process of adjusting the height for an area where it is predicted in advance based on the surface tension of the building material that a height increasing area will occur where the height of the building material after flattening is higher than the target height. A three-dimensional object manufacturing program characterized by causing a computer to perform the following. 請求項8に記載の立体造形物製造用プログラムを搭載したことを特徴とする立体造形物製造装置。 A three-dimensional object manufacturing apparatus, characterized in that it is equipped with the three-dimensional object manufacturing program according to claim 8. 造形材料を吐出する吐出工程と、
吐出された前記造形材料の表面を平坦化する平坦化工程と、
平坦化された前記造形材料を硬化する硬化工程と、を含む立体造形物の製造方法であって、
前記吐出工程及び/又は前記平坦化工程において、平坦化後の前記造形材料の高さが狙いの高さより高くなる高さ増加領域が生じることが、前記造形材料の表面張力に基づいて事前に予測される領域に対して、高さを調整する高さ調整制御
を行うことを特徴とする立体造形物の製造方法。
a dispensing process of dispensing the modeling material;
a flattening step of flattening the surface of the discharged modeling material;
A method for manufacturing a three-dimensional object, comprising a curing step of curing the flattened modeling material,
In the discharging process and/or the flattening process, it is predicted in advance based on the surface tension of the building material that a height increasing region will occur where the height of the building material after flattening is higher than the target height. A method for manufacturing a three-dimensional object, characterized in that a height adjustment control is performed to adjust the height of a region where the object is formed.
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